KR20110061334A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 장치는 챔버, 챔버와 결합하여 챔버를 밀폐시키는 리드, 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부, 및 플라스마가 이동하는 통로를 제공하는 유체 공급관을 구비한다. 리드에는 리드를 가열하는 제1 가열부재가 설치되며, 이에 따라, 리드의 내부 공간에 유입된 플라스마가 가열된다. 따라서, 제1 가열부재에 의해 플라스마가 가열된 후 기판에 제공되므로, 라디칼의 라이프 타임이 연장되어 기판에 제공되는 라디칼의 개수가 증가한다. 이에 따라, 기판 처리 장치는 기판의 식각속도와 선택 식각비 및 식각 균일도를 향상시킬 수 있으므로, 공정 효율 및 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 소자를 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자 또는 평판 표시 장치와 같은 전자 장치는 기판을 포함한다. 상기 기판상에는 복수의 도전막 패턴들이 형성되며, 또한 서로 다른 복수의 도전막 패턴들 사이를 절연하는 절연막 패턴들이 형성된다. 예컨대, 반도체 메모리 소자에 있어서, 상기 도전막 패턴들은 워드 라인이나 게이트 전극이 될 수 있다.
상기 도전막 패턴들이나 절연막 패턴들을 형성하는 과정은 일련의 복수의 공정들을 포함한다. 예컨대, 도전막 패턴을 형성하기 위해서는 기판상에 도전막을 형성한 후 상기 도전막을 부분적으로 제거하면서 패터닝하는 공정이 필요하다.
그런데, 소정의 막을 형성하거나 패터닝하는 과정에서 부가적으로 생성되는 부산물, 예컨대, 산화막이 기판에 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 산화막은 기판의 수율을 감소시키므로, 이를 제거하는 공정이 추가된다. 일반적으로, 산화막 제거 공정은, 산화막과 반응하는 반응막을 산화막 상면에 형성한 후, 반응막을 고온에서 휘발시켜 산화막을 제거한다.
이러한 반응막은 플라스마를 이용한 건식 식각 장치에 의해 형성될 수 있으며, 건식 식각 장치는 챔버, 리드, 가스 유입관, 및 플라스마 생성부를 구비한다. 챔버는 반응막이 형성되는 공간을 제공하며, 내부에 기판이 인입된다. 리드는 챔버와 결합하여 챔버 내부를 밀폐한다. 가스 유입관은 리드와 결합하고, 반응막을 형성하기 위한 플라스마를 챔버 내부에 제공한다. 플라스마 생성부는 가스 유입관에 결합되며, 가스 유입관에 유입된 가스를 이용하여 플라스마를 생성한다.
플라스마를 형성하기 위한 가스는 가스 유입관의 상단부로부터 가스 유입관 내부로 유입된다. 또한, 가스 유입관에는 플라스마의 라디칼 밀도를 낮추기 위한 불소계 가스가 가스 유입관의 중간으로부터 유입되어 챔버 내부로 제공된다.
이러한 건식 식각 장치는 라디칼의 라이프 타임(life time)이 짧아 단위 시간당 에칭량이 40Å(옹스트롱) 내지 300Å 정도이다. 따라서, 이러한 건식 식각 장치는 자연 산화막과 같이 비교적 얇은 두께를 갖는 산화막을 제거하는 데에 주로 사용되며, 비교적 두꺼운 두께를 갖는 산화막을 선택적으로 식각하는 데는 적용이 어렵다.
본 발명의 목적은 식각율 및 선택 식각비를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 제공하는 것이다
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부재, 리드, 플라스마 생성부, 유체 공급관 및 제1 가열 부재로 이루어진다.
챔버는 기판의 처리가 이루어지는 공정 공간을 제공하고, 상부가 개방된다. 기판 지지부재는 상기 공정 공간에 수용되고, 기판이 안착된다. 리드는 상기 챔버의 상부에 배치되어 상기 챔버와 결합하고, 유입홀을 제공하며, 상기 공정 공간을 구획한다. 플라스마 생성부는 제1 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하기 위한 플라스마를 생성한다. 유체 공급관은 상기 리드의 상면에 결합되고, 내부에 상기 유입홀과 연통된 유체 통로가 형성되며, 상기 플라스마 생성부와 결합하여 상기 플라스마 생성부에 의해 생성된 상기 플라스마를 상기 유체 통로를 통해 상기 공정 공간에 제공한다. 제1 가열 부재는 상기 리드에 설치되어 상기 리드를 가열하는 제1 가열 부재를 포함한다.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부재, 리드, 유체 공급관 및, 플라스마 생성부로 이루어진다.
챔버는 기판의 처리가 이루어지는 공정 공간을 제공하고, 상부가 개방된다. 기판 지지부재는 상기 공정 공간에 수용되고, 기판이 안착된다. 리드는 상기 챔버의 상부에 배치되어 상기 챔버와 결합하고, 유입홀을 제공하며, 상기 공정 공간을 밀폐시킨다. 유체 공급관은 상기 리드와 결합하고, 상기 유입홀과 연통되는 유체 통로가 형성된다. 플라스마 생성부는 상기 유체 공급관과 결합하고, 상기 유체 통로에 유입된 제1 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하기 위한 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부를 포함한다. 구체적으로, 상기 유체 공급관은, 출력단이 상기 리드에 결합되고 내부에 상기 유체 통로가 형성되며 상기 플라스마 생성부가 결합된 공급관, 및 상기 공급관을 둘러싸고 상기 플라스마 생성부와 상기 리드 사이에 위치하며 상기 공급관에서 플라스마 생성부가 결합된 부분과 상기 리드에 결합된 부분의 사이 영역에 연결되고 상기 공급관을 둘러싸며 상기 공급관을 가열하는 가열부를 포함한다.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 처리 방법은 다음과 같다. 먼저, 산화막이 형성된 기판을 챔버 내에 설치된 기판 지지부재에 안착시킨다. 제1 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하기 위한 플라스마를 생성한다. 생성된 플라스마를 가열하여 제2 가스와 함께 상기 기판에 제공하여 상기 산화막과 반응하는 반응막을 형성한 후 반응막을 제거한다
상술한 본 발명에 따르면, 기판 처리 장치 플라스마를 가열하여 기판에 제공하므로, 라디칼의 라이프 타임을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 기판에 제공되는 라디칼의 수가 증가하므로, 식각율 및 식각 선택비를 증가시키고, 기판의 식각 효율 및 식각 균일도를 향상시키며, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하 게 설명한다. 이하에서는 플라스마를 이용하여 박막을 식각하는 기판 처리 장치를 일례로 하여 설명하나, 본 발명은 증착 장치를 비롯한 다양한 반도체 처리장치에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 기판 지지부재를 나타낸 횡단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치는 처리 유닛(100), 및 플라스마 생성유닛(200)을 포함할 수 있다. 상기 처리 유닛(100)은 플라스마를 이용한 웨이퍼의 처리 공정을 수행하고, 상기 플라스마 생성유닛(200)은 상기 웨이퍼의 처리 공정에 필요한 플라스마를 생성하여 상기 처리 유닛(100)에 제공한다.
구체적으로, 상기 처리 유닛(100)은 챔버(110), 기판 지지부재(120), 제1 및 제2 배기관(131, 132), 배플(140), 및 리드(150)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(110)는 상기 웨이퍼의 처리 공정이 이루어지는 공정 공간(PS)을 제공하고, 바닥면(111)에는 상기 제1 및 제2 배기관(131, 132)과 각각 연통되는 제1 및 제2 배기홀(111a, 111b)이 형성된다. 상기 웨이퍼의 처리 과정에서 상기 공정 공간(PS)에 생성된 반응 부산물 및 상기 공정 공간(PS)에 유입된 가스는 상기 제1 및 제2 배기홀(111a, 111b)과 연통된 상기 제1 및 제2 배기관(131, 132)을 통해 외부로 배출된다. 또한, 상기 제1 및 제2 배기관(131, 132)은 외부의 압력 조절 장치(미도시)와 연결되어 상기 제1 및 제2 배기관(131, 132)을 통해 상기 챔버(110) 내부의 압력이 조절될 수도 있다.
상기 챔버(110) 내부에는 상기 기판 지지부재(120)가 설치된다. 상기 기판 지지부재(120)는 상기 웨이퍼 처리시 상기 웨이퍼를 지지하는 척(121), 및 상기 척(121)의 아래에 설치되어 상기 척(121)을 지지하는 지지축(122)을 구비한다.
이 실시예에 있어서, 상기 척(121)은 상기 웨이퍼를 냉각시킬 수 있는 냉각척(cold chuck)일 수 있다.
상기 기판 지지부재(120)는 상기 척(121)의 온도를 조절하는 온도 조절부(123)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 조절부(123)는 상기 척(121)에 내장되고, 다수의 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)을 포함할 수 있다. 상기 온도 조절블럭들(123a, 123b, 123c)은 서로 이격되어 배치되며, 상기 척(121)의 온도를 조절한다. 예컨대, 상기 척(121)이 냉각척일 경우, 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)은 상기 척(121)을 냉각시키는 냉각 블록으로 이루어질 수 있다. 반면, 상기 척(121)이 웨이퍼를 가열하는 가열척(heating chuck)일 경우, 상기 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)은 상기 척(121)을 가열하는 가열 블록으로 이루어질 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 온도 조절부(123)는 세 개의 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)으로 이루어지나, 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)의 개수는 척(121)의 크기 및 공정 효율에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.
상기 온도 조절블럭들(123a, 123b, 123c)은 제1 내지 제3 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)으로 이루어진다. 상기 제1 온도 조절블럭(123a)은 원 형상을 갖고, 상기 척(121)의 중앙부에 구비된다. 상기 제2 온도 조절블럭(123b)은 상기 제1 온도 조절블럭(123a)을 둘러싸고, 링 형상을 갖는다. 상기 제3 온도 조절블럭(123c)은 제2 온도 조절블럭(123c)을 둘러싸고, 링 형상을 갖는다. 본 발명의 일례로, 상기 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c) 내에는 상기 척(121)을 냉각시키기 위한 냉매가 흐를 수도 있다.
상기 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)은 개별 구동이 가능하며, 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 온도 조절블럭들(123a, 123b, 123c)의 온도가 서로 다를 수 있다. 그 결과, 상기 척(121)의 온도를 국부적으로 조절할 수 있다. 즉, 상기 기판 지지부재(120)는 상기 제1 내지 제3 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)에 의해 상기 척(121)의 중앙부의 온도와 상기 척(121)의 에지 영역의 온도를 공정 조건에 따라 서로 다르게 설정할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 처리 장치는 산화막 에칭 시 식각 균일도를 국부적으로 제어할 수 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 온도 조절부(123)는 각 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c) 별로 온도 조절이 가능하나, 하나의 온도 조절블럭(123a, 123b, 123c)이 다수의 조각으로 분리 구획되어 각 조각 별로 온도 조절이 가능할 수도 있다.
한편, 상기 기판 지지부재(120)의 상부에는 상기 배플(140) 및 상기 리드(150)가 구비된다. 상기 배플(140)은 상기 챔버(110)의 상단부에 결합되고, 상기 척(121)과 마주하게 배치된다. 상기 배플(140)은 상기 플라스마 생성유닛(200)으로부터 제공된 가스 및 플라스마를 균일하게 확산시켜 상기 공정 공간(PS) 측으로 통과시키기 위한 다수의 홀이 형성되며, 접지된다. 상기 배플(140)은 상기 플라스마 생성유닛(200)으로부터 제공된 플라스마를 여과시키며, 주로 상기 플라스마의 라디 칼을 상기 공정 공간(PS) 측으로 통과시킨다.
상기 베플(140)의 상부에는 상기 리드(150)가 구비되고, 상기 리드(150)는 상기 챔버(110)의 상단부에 결합되어 상기 공정 공간(PS)을 밀폐시킨다.
도 3은 도 1에 도시된 리드를 나타낸 횡단면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 리드(150)는 베이스 리드(151) 및 제1 가열 부재(152)를 포함할 수 있다. 상기 베이스 리드(151)는 상기 플라스마 생성유닛(200)과 결합하고, 중앙부에 상기 플라스마 생성유닛(200)으로부터 제공되는 유체, 즉, 플라스마와 가스가 유입되는 유입구(151a)가 형성된다. 상기 베이스 리드(151)의 내부에는 상기 유입구(151a)를 통해 유입된 플라스마 및 가스를 확산시키기 위한 확산 공간(DS)이 형성된다. 상기 베플(140)은 상기 확산 공간(DS)과 상기 공정 공간(PS)의 경계부에 위치하여 상기 공정 공간(PS)과 상기 확산 공간(DS)을 서로 분리 구획한다. 본 발명의 일례로, 상기 확산 공간(DS)은 역 깔때기 형상으로 형성된다.
상기 제1 가열부재(152)는 상기 베이스 리드(151) 내에 내장되고, 상기 베이스 리드(151)를 가열한다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부재(152)는 상기 베이스 리드(151) 내에 내장되나, 상기 베이스 리드(151)와 별개로 설치될 수도 있다. 즉, 상기 제1 가열부재(152)는 상기 베이스 리드(151)의 내면에 설치될 수도 있고, 외면에 설치될 수도 있다.
상기 제1 가열부재(152)는 제1 내지 제3 히팅 케이블(heating cable)(152a, 152b, 152c)을 포함할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부재(152)는 세 개의 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)을 구비하나, 상기 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)의 개수는 상기 리드(150)의 크기 및 공정 효율에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.
또한, 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부재(152)는 라인 형태의 히팅 케이블들(152a, 152b, 152c)을 구비하나, 상기 제1 가열부재(152)는 플레이트 형상을 갖는 다수의 히팅 플레이트(heating plate) 또는 다수의 히팅 코일(heating coil)로 이루어질 수도 있다.
상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)은 각각 링 형상을 갖고, 서로 이격되어 배치된다. 상기 제1 히팅 케이블(152a)은 상기 유입구(151a)를 둘러싸고, 상기 제2 히팅 케이블(152b)은 상기 제1 히팅 케이블(152a)로부터 이격되어 상기 제1 히팅 케이블(152a)을 둘러싼다. 상기 제3 히팅 케이블(152c)은 상기 제2 히팅 케이블(152b)로부터 이격되어 상기 제2 히팅 케이블(152b)을 둘러싼다.
상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)은 열을 발생시켜 상기 베이스 리드(151)를 가열한다. 이에 따라, 상기 확산 공간(DS)의 온도가 상승하므로, 상기 확산 공간(DS) 안으로 유입된 라디칼(radical)의 라이프 타임(life time)이 연장된다. 따라서, 상기 웨이퍼 상의 산화막을 식각하기 위해 상기 웨이퍼까지 도달하는 라이칼의 수가 증가하므로, 상기 기판 처리 장치는 단위시간당 상기 산화막의 식각율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)은 각각 개별 구동이 가능하며, 따라서, 상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)은 서로 다른 온도로 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 리드(150)는 각 히팅 케이블(152a, 152b, 152c)에 의해 온도가 조절되는 영역별로 온도 설정이 가능하다. 즉, 상기 리드(150)는 상기 히팅 케이블(152a, 152b, 152c) 별로 온도 조절이 가능하므로, 공정 요구 조건 및 효율에 따라 국부적으로 온도를 다르게 설정할 수 있다.
예컨대, 상기 베이스 리드(151)의 중앙부측에 위치하는 제1 히팅 케이블(152a)의 온도가 상기 베이스 리드(151)의 에지측에 위치하는 제3 히팅 케이블(152c)의 온도 보다 높을 경우, 상기 리드(150)의 중앙부의 온도가 상기 리드(150)의 에지측 온도 보다 높다.
이와 같이, 리드(150)는 국부적으로 온도 조절이 가능하므로, 이전에 진행된 공정에 따른 상기 웨이퍼의 영역별 특성 및 현재 진행할 공정 요구 조건에 따라 영역별로 온도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 기판 처리 장치는 산화막의 식각 균일도를 국부적으로 제어할 수 있으며, 공정 효율 및 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 리드(150)는 상기 베이스 리드(151)를 단열 처리하는 단열부재(153)를 더 포함할 수 있다. 상기 단열부재(153)는 상기 베이스 리드(151)의 외면 전체를 커버하여 상기 제1 가열 부재(152)에 의한 상기 베이스 리드(151)의 가열이 효율적으로 이루어지도록 한다.
도 4는 도 3에 도시된 리드의 다른 일례를 나타낸 횡단면도이다.
도 4를 참조하면, 리드(170)는 제1 가열부재를 제외하고는 도 3에 도시된 리드(150)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 이하, 상기 리드(170)의 구성에 대한 구체적인 설명에 있어서, 도 3에 도시된 리드(150)와 동일한 구성 요소에 대해서는 참조 번호를 병기하고, 그 구체적인 설명은 생략한다.
상기 리드(170)는 베이스 리드(151), 및 상기 베이스 리드(151)에 내장된 상기 제1 가열부재를 포함한다. 상기 제1 가열부재는 제1 내지 제3 히팅 케이블(171, 172, 173)를 구비하며, 상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(171, 172, 173)은 서로 이격되어 구비된다.
이 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 히팅 케이블(171, 172, 173)은 상기 베이스 리드(151) 내에 내장되나, 상기 베이스 리드(151)의 외면 또는 내면에 설치될 수도 있다. 또한, 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열부재는 세 개의 히팅 케이블(171, 172, 173)을 구비하나, 상기 히팅 케이블(171, 172, 173)의 개수는 상기 리드(170)의 크기 및 공정 효율에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.
상기 제1 히팅 케이블(171)은 링 형상을 갖고, 상기 베이스 리드(151)의 유입구(151a)를 둘러싼다. 상기 제1 히팅 케이블(171)은 다수의 히팅 조각(171a)으로 분리되며, 각 히팅 조각(171a)은 개별 구동이 가능하다. 상기 제2 히팅 케이블(172)은 링 형상을 갖고, 상기 제1 히팅 케이블(171)을 둘러싼다. 상기 제2 히팅 케이블(172)은 다수의 히팅 조각(172a)으로 분리되며, 각 히팅 조각(172a)은 개별 구동이 가능하다. 상기 제3 히팅 케이블(173)은 링 형상을 갖고, 상기 제2 히팅 케이블(172)을 둘러싼다. 상기 제3 히팅 케이블(173)은 다수의 히팅 조각(173a)으로 분리되며, 각 히팅 조각(173a)은 개별 구동이 가능하다.
이와 같이, 상기 제1 가열부재는 각 히팅 케이블(171, 172, 173)별로 구동 이 가능할 뿐만 아니라, 각 히팅 케이블(171, 172, 173)은 각 히팅 조각(171a, 172a, 173a) 별로 개별 구동이 가능하다. 따라서, 각 히팅 조각(171a, 172a, 173a) 별로 온도 조절이 가능하므로, 하나의 히팅 케이블(171, 172, 173)은 히팅 조각들에 의해 정의되는 영역들의 온도가 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 리드(170)는 상기 웨이퍼의 영역별 특성 및 공정 요구 조건에 따라 상기 리드(170)의 온도를 보다 세밀하게 국부적으로 조절할 수 있다.
도 4에는 도시하지 않았으나, 상기 리드(170)는 상기 베이스 리드(151)를 단열 처리하는 단열부재를 더 포함할 수 있다. 상기 단열부재는 상기 베이스 리드(151)의 외면 전체를 커버하여 상기 제1 가열 부재에 의한 상기 베이스 리드(151)의 가열이 효율적으로 이루어지도록 한다.
다시, 도 상기 리드(150)의 상부에는 상기 플라스마 생성유닛(200)이 설치된다. 상기 플라스마 생성유닛(200)은 유체 공급관(210), 플라스마 생성부(220) 및 제1 및 제2 가스 공급관(230, 240)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 유체 공급관(210)은 상기 리드(150)의 상부에 설치되고, 상기 웨이퍼의 처리에 필요한 플라스마 및 가스를 상기 확산 공간(DS) 안으로 유입시킨다. 상기 유체 공급관(210)은 상기 베이스 리드(151)에 결합된 공급관(211)을 구비하고, 상기 공급관(211)은 관 형상을 갖는다. 상기 공급관(211)의 하단부는 상기 리드(150)에 고정 결합되고, 상기 공급관(211)의 내부에는 상기 베이스 리드(151)의 유입구(151a)와 연통된 유체 통로(211a)가 형성된다. 상기 유체 통로(211a)는 상기 웨이퍼를 처리하기 위한 가스 및 플라스마가 이동하는 이동 통로 로 제공된다. 상기 유체 통로(211a) 안의 가스 및 플라스마는 상기 유입구(151a)를 통해 상기 확산 공간(DS)으로 유입된 후, 상기 베플(140)을 관통하여 상기 공정 공간(PS) 안으로 유입된다.
상기 공급관(211)에는 상기 플라스마 생성부(220)가 설치된다. 상기 플라스마 생성부(220)는 상기 리드(150)의 상부에 설치되고, 상기 공급관(211)의 상단부와 인접한 부분에 결합된다. 상기 플라스마 생성부(220)는 상기 공급관(211) 안으로 유입된 제1 가스를 이용하여 상기 웨이퍼를 처리하기 위한 플라스마를 생성한다.
상기 공급관(211)의 상단부에는 상기 제1 가스 공급관(230)이 연결되며, 상기 제1 가스 공급관(230)은 상기 제1 가스를 상기 공급관(211)에 제공한다. 상기 제2 가스 공급관(230)은 상기 공급관(211)의 중간 부분에 연결되고, 제2 가스를 상기 공급관(211)에 제공한다. 상기 공급관(211)에서 상기 제2 가스 공급관(230)이 연결된 지점은 상기 플라스마 생성부(220)가 결합된 부분 보다 아래에 위치한다. 따라서, 상기 제2 가스 공급관(230)을 통해 상기 공급관(211) 안으로 유입되는 가스는 플라스마를 생성하는 데 이용되지 않고, 유입구(151a)를 통해 상기 확산 공간(DS)으로 유입된 후 공정 공간(PS)에 유입된다.
한편, 상기 유체 공급관(210)은 상기 공급관(211)을 가열하는 제2 가열 부재(212)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 가열 부재(212)는 상기 공급관(211)을 둘러싸고, 상기 공급관(211)의 외면을 커버한다. 이 실시예에 있어서, 상기 제2 가스 공급관(240)은 상기 제2 가열 부재(212)가 위치하는 부분에 연결되고, 상기 공급 관(211)은 상기 플라스마 생성부(220)가 결합된 부분의 아래 부분 전체가 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 커버된다.
이에 따라, 상기 유체 통로(211a) 내의 플라스마 및 상기 제2 가스는 상기 확산 공간(DS) 안으로 유입되기 전에 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 가열되므로, 상기 라디칼의 라이프 타임이 연장된다. 그 결과, 웨이퍼에 도달하는 라디칼의 개수가 증가되므로, 상기 기판 처리 장치는 단위시간당 상기 산화막의 식각율을 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 가열된 플라스마 및 제2 가스는 상기 제1 가열 부재(152)에 의해 가열된 확산 공간(DS)에 유입되므로, 상기 플라스마 및 제2 가스는 상기 공정 공간(PS)에 제공되기 전까지 적정 온도로 가열 및 상기 적정 온도로 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 처리 장치는 라디칼의 라이프 타임을 연장시키고, 상기 웨이퍼에 도달하는 라디칼의 개수를 증가시키므로, 단위시간당 식각률을 향상시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여서 상기 기판 처리 장치에서 산화막을 제거하기 위한 반응막을 형성하는 과정을 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 상의 산화막을 식각하는 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 도 1에 도시된 기판 처리 장치에서 웨이퍼 상의 산화막을 식각하하는 공정 과정을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 먼저, 폴리 실리콘으로 이루어진 박막과 산화막 이 형성된 웨이퍼(10)를 기판 지지부재(120)의 척(121)에 안착시킨다(단계 S110). 이때, 상기 척(121)에 내장된 온도 조절부(123)는 상기 척(121)의 온도를 기 설정된 온도로 조절, 예컨대, 상기 척(121)을 냉각시켜 상기 웨이퍼(10)의 온도를 적정 온도로 유지시킨다. 상기 온도 조절부(123)는 국부적으로 온도 변경이 가능하므로, 공정 조건 및 상기 웨이퍼(10) 에 형성된 산화막의 조건, 예컨대, 산화막의 두께, 균일도, 성질 등에 따라 상기 척(121)의 온도를 국부적으로 조절한다.
이 실시예에 있어서, 상기 척(121)의 온도는 약 -50℃ 내지 400℃이고, 챔버(110) 내부의 압력은 약 5mTorr 내지 약 100000mTorr 이다.
한편, 제1 및 제2 가열부재(151, 212)를 구동시켜 리드(150) 및 유체 공급관(210)을 가열한다(단계 S120). 이에 따라, 상기 리드(150)에 의해 정의되는 확산 공간(DS)이 적정 온도로 가열되어 상기 확산 공간(DS)의 온도가 기 설정된 공정 온도로 안정화되고, 상기 유체 공급관(210)의 유체 통로(211a) 중 상기 제2 가열부재(212)가 위치하는 영역이 적정 온도로 가열되어 기 설정된 공정 온도로 안정화 된다.
이 실시예에 있어서, 상기 기판 처리 장치는 리드(150)와 유체 공급부(210) 모두 가열되나, 상기 제1 및 제2 가열 부재(151, 212) 중 어느 하나만을 구동시켜 상기 리드(150)와 상기 유체 공급부(210) 중 어느 하나만 가열할 수도 있다.
또한, 이 실시예에 있어서, 상기 제1 가열 부재(151)에 의해 가열된 상기 리드(150)의 온도는 약 30℃도 내지 약 200℃이며, 상기 유체 공급부(210)에서 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 가열된 부분의 온도는 약 50℃내지 약 150℃이다.
도면에는 도시하지 않았으나, 상기 챔버(110) 내벽 또한 별도의 가열 부재(미도시)에 의해 가열될 수 있으며, 이에 따라, 공정 공간(PS)의 온도가 적정 온도로 유지될 수 있다.
이어, 상기 제1 가스 공급관(230)으로부터 제1 가스가 상기 유체 공급관(210)의 유체 통로(211a)로 유입되고, 상기 제2 가스 공급관(240)으로부터 상기 제2 가스가 상기 유체 공급관(210)의 유체 통로(211a)에 유입된다(단계 S130).
이 실시예에 있어서, 상기 제1 가스는 질소, 수소 및 삼불화 질소를 포함하며, 상기 웨이퍼(10)에 형성된 산화막을 식각하는 실질적인 에칭 소스로 작용한다.
본 발명의 일례로, 상기 제1 가스로 제공되는 질소 가스와, 수소 가스 및 삼불화 질소가스는 각각 약 1000sccm, 약 1800sccm, 약 10sccm으로 주입된다.
또한, 이 실시예에 있어서, 상기 제2 가스는 삼불화 질소를 포함하며, 상기 제2 가스는 상기 산화막의 식각량 및 선택비 조절을 위해 제공된다. 여기서, 상기 제1 가스로 제공되는 삼불화 질소 가스는 식각 선택비 유지를 위해 극히 적은 양이 주입되는 반면, 제2 가스로 제공되는 삼불화 질소 가스는 상기 제1 가스로 제공되는 삼불화 질소 가스보다 많은 양이 주입된다. 본 발명의 일례로, 상기 제2 가스로 제공되는 삼불화 질소가스는 약 300sccm으로 주입된다.
플라스마 생성부(220)는 상기 유체 통로(211a)에 유입된 상기 제1 가스를 이용하여 플라스마를 생성한다(단계 S140). 이때, 상기 플라스마는 상기 유체 통로(211a) 내에 형성된다.
이 실시예에 있어서, 상기 제1 가스는 플라스마로 여기되나, 상기 제2 가스 는 상기 플라스마 생성부(220)에 의해 플라스마가 형성되는 경로를 통해 유입되지 않으므로, 상기 제1 가스와 달리 여기되지 않는다.
상기 플라스마 생성부(220)에 의해 생성된 라디칼과 상기 제2 가스는 상기 유체 통로(211a) 내에서 상기 제2 가열 부재(212)에 의해 가열된 후 상기 유입관(151a)을 통해 상기 확산 공간(DS) 안으로 유입된다. 상기 확산 공간(DS) 안의 라디칼과 제2 가스는 상기 제1 가열 부재(151)에 의해 가열된 후 베플(140)을 관통하여 공정 공간(PS) 안으로 유입되고, 상기 공정 공간(PS)에 유입된 라디칼과 제2 가스는 상기 웨이퍼(10)에 제공된다(단계 S150).
상기 웨이퍼(10)에 제공된 라디칼과 제2 가스는 상기 웨이퍼(10) 상에 형성된 산화막과 반응하여 반응막을 형성한다(단계 S160). 본 발명의 일례로, 상기 반응막은 (NH4)2SiF6으로 이루어질 수 있다.
상기 라디칼은 상기 웨이퍼(10)에 제공되기 전 상기 제1 및 제2 가열 부재(151, 212)에 의해 가열되므로, 라이프 타임이 증가된다. 따라서, 상기 웨이퍼(10)에까지 도달하는 라디칼의 수가 증가하므로, 상기 반응막의 형성이 보다 활성화된다. 이에 따라, 단위시간당 상기 산화막의 식각율이 향상되므로, 산화막의 두께에 상관없이 식각이 가능하고, 선택 식각이 가능하며, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 6에서 도면 부호 GF는 제2 가스의 흐름을 나타내며, 도면 부호 RF는 라디칼의 흐름을 나타낸다.
이어, 상기 반응막이 형성된 웨이퍼(10)를 상기 챔버(110)로부터 인출한 후 어닐링 챔버(미도시)로 반송하고, 진공 상태의 상기 어닐링 챔버에 산소 가스를 주입하면서 상기 웨이퍼(10)를 약 100℃ 이상으로 가열하여 상기 반응막을 제거한다(단계 S150). 이로써, 상기 웨이퍼(10)에 형성된 산화막이 식각된다.
이 실시예에 있어서, 상기 어닐링 챔버에 산소 가스를 제공하여 상기 반응막을 제거하나, 약 100℃ 이상의 고온 진공 상태의 어닐링 챔버에 질소 가스를 주입하여 상기 반응막을 제거할 수 도 있다.
도 7a는 제1 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따른 식각량과 선택비를 나타낸 도면이고, 도 7b는 제2 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따른 식각량과 선택비를 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 제1 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량이 60sccm 이상으로 증가할수록, 산화막과 폴리 실리콘의 식각량은 조절되나, 폴리 실리콘의 선택 식각비는 거의 변화가 없다. 즉, 상기 제1 가스의 삼불화질소 가스에 의해 형성된 불소 라디칼은 식각량을 조절하는 주요 성분으로서, 상기 리드(150)와 상기 유체 공급관(210)에 의해 가열되어 그 라이프 타임이 길어지므로, 상기 웨이퍼에 도달하는 불소 라디칼의 수가 증가된다. 따라서, 상기 기판 처리 장치는 제1 가스에 포함된 삼불화질소가스의 양을 조절하여 산화막과 폴리실리콘의 식각량을 조절할 수 있다.
반면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 폴리 실리콘의 식각 선택비는 상기 제2 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따라 그 변화가 확연히 드러나며, 폴리 실리콘의 식각량에는 거의 변화가 없다. 즉, 상기 제2 가스로 제공되는 삼불 화질소가스는 활성되지 않은 상태로 상기 웨이퍼에 제공되므로, 산화막 및 폴리 실리콘의 식각량에는 거의 영향을 주지 않는다.
따라서, 상기 기판 처리 장치는 상기 제1 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 양을 조절하여 폴리 실리콘과 산화막의 식각량을 조절할 수 있으며, 상기 제2 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 양을 조절하여 폴리 실리콘의 선택 식각비를 조절할 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 리드 및 챔버 측벽의 온도에 따라 식각량과 식각 불균일도를 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 식각 불균일도(G1)는 리드(150) 및 챔버(110)의 측벽의 온도가 증가할수록 감소하는 반면, 식각량(G2)은 증가한다. 이와 같이, 상기 리드(150)의 온도가 증가할수록 식각량과 식각 균일도가 증가하므로, 상기 기판 처리 장치는 제품의 수율 및 식각 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 지지부재를 나타낸 횡단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 리드를 나타낸 횡단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 리드의 다른 일례를 나타낸 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 상의 산화막을 식각하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 도 1에 도시된 기판 처리 장치에서 웨이퍼 상의 산화막을 식각하하는 공정 과정을 나타낸 도면이다.
도 7a는 제1 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따른 식각량과 선택비를 나타낸 도면이다.
도 7b는 제2 가스로 제공되는 삼불화질소가스의 주입량에 따른 식각량과 선택비를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 리드 및 챔버 측벽의 온도에 따라 식각량과 식각 불균일도를 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 처리 유닛 200 : 플라스마 생성유닛

Claims (22)

  1. 기판의 처리 이루어지는 공정 공간을 제공하고, 상부가 개방된 챔버;
    상기 공정 공간에 수용되고, 기판이 안착되는 기판 지지부재;
    상기 챔버의 상부에 배치되어 상기 챔버와 결합하고, 유입홀을 제공하며, 상기 공정 공간을 구획하는 리드;
    제1 가스로부터 상기 기판을 처리하기 위한 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부;
    상기 리드의 상면에 결합되고, 내부에 상기 유입홀과 연통된 유체 통로가 형성되며, 상기 플라스마 생성부와 결합하여 상기 플라스마 생성부에 의해 생성된 상기 플라스마를 상기 유체 통로를 통해 상기 공정 공간에 제공하는 유체 공급관; 및
    상기 리드에 설치되어 상기 리드를 가열하는 제1 가열 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 공급관에서 상기 플라스마 생성부가 결합된 부분 보다 아랫 부분에 연결 결합되고, 제2 가스를 상기 유체 공급관에 제공하는 가스 공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체 공급관에서 상기 플라스마 생성부가 결합된 부분 보다 아랫 부분 설치되고, 상기 유체 공급관을 가열하는 제2 가열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가스 공급관은 상기 유체 공급관에서 상기 제2 가열 부재가 설치된 부분의 윗 부분에 연결되거나, 상기 제2 가열 부재가 설치된 부분에 연결된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유체 공급관은 상기 제1 가스가 상단부를 통해 상기 유체 통로로 유입되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 가열 부재는,
    각각 상기 리드의 중심점을 둘러싸는 링 형상을 갖고, 서로 이격되어 배치된 다수의 히팅 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 히팅 케이블들은 개별 구동이 가능하며,
    각 히팅 케이블은 국부적으로 온도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 챔버 상단부에 결합되고, 상기 다수의 히팅 케이블이 내장되며, 상기 유입홀이 형성된 몸체; 및
    상기 몸체 외면에 설치된 단열 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지부재는,
    상기 기판이 안착되는 척;
    상기 척의 아래에 설치되어 상기 척을 지지하는 지지부; 및
    상기 척에 설치되어 상기 척을 가열하는 제3 가열 부재를 포함하고,
    상기 제3 가열 부재는 국부적으로 온도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 챔버 상단부에 설치되고, 상기 리드의 아래에 배치되며, 상기 유입구를 통해 유입된 플라스마 및 상기 제2 가스를 균일하게 분산시켜 상기 기판 지지부재에 안착된 기판에 제공하는 배플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 기판의 처리 이루어지는 공정 공간을 제공하고, 상부가 개방된 챔버;
    상기 공정 공간에 수용되고, 기판이 안착되는 기판 지지부재;
    상기 챔버의 상부에 배치되어 상기 챔버와 결합하고, 유입홀을 제공하며, 상기 공정 공간을 구획하는 리드;
    상기 리드와 결합하고, 상기 유입홀과 연통되는 유체 통로가 형성된 유체 공급관; 및
    상기 유체 공급관과 결합하고, 상기 유체 통로에 유입된 제1 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하기 위한 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부를 포함하고,
    상기 유체 공급관은,
    출력단이 상기 리드에 결합되고, 내부에 상기 유체 통로가 형성되며, 상기 플라스마 생성부가 결합된 공급관; 및
    상기 공급관을 둘러싸고, 상기 플라스마 생성부와 상기 리드 사이에 위치하며, 상기 공급관에서 플라스마 생성부가 결합된 부분과 상기 리드에 결합된 부분의 사이 영역에 연결되고, 상기 공급관을 둘러싸며, 상기 공급관을 가열하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기판 지지부재는,
    상기 기판이 안착되는 척;
    상기 척의 아래에 설치되어 상기 척을 지지하는 지지부; 및
    상기 척에 설치되어 상기 척을 가열하는 척 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 척 가열부는 국부적으로 온도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 산화막이 형성된 기판을 챔버 내에 설치된 기판 지지부재에 안착시키는 단계;
    제1 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하기 위한 플라스마를 생성하는 단계; 및
    상기 산화막을 제거하기 위해 상기 생성된 플라스마를 가열하여 제2 가스와 함께 상기 기판에 제공하여 상기 산화막과 반응하는 반응막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 반응막을 형성하는 단계는,
    상기 챔버 상단부에 결합되어 상기 챔버 내부를 밀폐시키는 리드를 가열하여 상기 리드의 내부 공간으로 유입된 상기 플라스마와 상기 제2 가스를 가열하는 단계; 및
    가열된 플라스마와 상기 제2 가스를 상기 기판에 균일하게 제공하여 상기 기판 상에 상기 반응막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반응막을 형성하는 단계는,
    상기 리드 내부로 상기 플라스마와 상기 제2 가스를 주입하기 전에, 상기 플라스마와 상기 제2 가스를 가열한 후 상기 리드 내부로 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 기판 처리 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 리드의 온도는 국부적으로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 반응막을 형성하는 단계 이후에, 상기 기판을 어닐링 처리하여 상기 반응막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 가스는 질소 가스, 수소 가스, 및 삼불화 질소 가스를 포함하고,
    상기 제2 가스는 삼불화 질소 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기판에는 폴리 실리콘막이 형성되며,
    상기 제1 가스의 삼불화 질소가스의 주입량을 조절하여 상기 산화막의 식각량은 조절하고,
    상기 산화막의 식각량 증가는 상기 제1 가스에 포함되는 삼불화 질소가스의 주입량 증가를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2 가스의 삼불화 질소가스의 주입량을 조절하여 상기 폴리 실리콘막의 선택 식각비를 조절하고,
    상기 폴리 실리콘막의 선택 식각비 증가는 상기 제2 가스에 포함되는 삼불화 질소가스의 주입량 증가를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 가스에 포함된 삼불화 질소가스의 주입량은 상기 제2 가스에 포함된 삼불화 질소가스의 주입량 보다 적은 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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